一種電子式互感器性能實時監測系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種電子式互感器性能實時監測系統及方法，屬于電力系統自動化【技術領域】。本發明首先同步采集變電站內常規互感器和電子式互感器的保護、測量、計量電壓電流量以及電子式互感器的自身的狀態信息；然后根據設定的時間間隔比對常規互感器和電子式互感器相同相別采樣數據的幅值差和相位差，判斷二者的幅值和相位差是否在設定的允許范圍內，若有幅值差或相位差超過設定的范圍，則對幅值差或相位差進行計算并發出告警信息，同時記錄下此時電子式互感器自身的狀態信息，從而實現對電子式互感器的實時監測。本發明簡單、易實施，能夠實時監測電子式互感器，為考核電子式互感器現場運行的可靠性和長期穩定性提供了豐富的數據支撐。
【專利說明】一種電子式互感器性能實時監測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電子式互感器性能實時監測系統及方法，屬于電力系統自動化【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著光電子、光纖通信和數字信號處理技術的發展和應用，基于不同方式、不同采集原理的電子式互感器應運而生。電子式互感器做為智能變電站信息化、數字化、自動化、互動化任務的關鍵設備之一，是為電力系統電能計量、繼電保護設備、測控設備等提供電壓電流信號的重要設備，其運行穩定性和可靠性與電力系統的安全、可靠、經濟運行密切相關。
[0003]2010至2012年電子式互感器在國內進行了大規模的應用，盡管電子式互感器產品都通過了型式試驗和出廠試驗，但是電子式互感器在實驗室內和現場運行中性能表現存在不一致，缺乏長期運行考驗，導致現場實際運行過程中可靠性和長期穩定性較差，故障率較高的缺陷集中爆發，嚴重影響了電力系統的安全運行，電子式互感器應用也陷入停滯階段。后續智能變電站工程建設仍然采用常規互感器，導致電子式互感器實用化進度緩慢，截止目前智能變電站中電子式互感器的應用率不足10%。
[0004]近年來針對電子式互感器應用中暴露的問題，相關設備廠家和科研機構在可靠性、穩定性、試驗手段、標準規范等方面進行了完善，使得電子式互感器產品逐步成熟。為了驗證、監測不同廠家、不同原理的經技術提升后的電子式互感器在現場運行時的產品性能，設計出一種電子式互感器性能實時監測方法是電子式互感器和智能變電站工程實踐過程中必然的需求，也是電子式互感器在電力系統中應用推廣的必然需求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種電子式互感器性能實時監測系統及方法，以改變目前電子式互感器經過技術提升后、現場運行經驗匱乏的問題。
[0006]本發明為解決上述技術問題而提供一種電子式互感器性能實時監測系統，該實時監測系統包括數字量采集合并單元、模擬量采集合并單元、時間同步裝置和實時監測裝置，
[0007]所述數字量采集合并單元用于采集變電站內運行的電子式互感器的保護、測量、計量電壓電流量和互感器自身的狀態信息，并將其輸出給實時監測裝置；
[0008]所述模擬量采集合并單元用于采集變電站內運行的常規互感器的保護、測量、計量電壓電流量，并將其輸出至實時監測裝置；
[0009]所述時間同步裝置用于同時發送3路同步信號分別至數字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監測裝置，以保證數字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監測裝置的時鐘統一；
[0010]所述實時監測裝置用于根據設定的時間間隔對比常規互感器和電子式互感器相同相別采樣數據的幅值差和相位差，若存在采樣數據的幅值差或相位差超過設定值，則進行告警。
[0011]所述實時監測裝置通過光纖點對點連接數字量采集合并單元和模擬量采集合并單元。
[0012]所述時間同步裝置分別通過光纖連接至數字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監測裝置。
[0013]所述實時監測裝置的硬件基于高速數據總線，包括光纖采集卡、嵌入式CPU板卡和存儲設備。
[0014]所述實時監測裝置的軟件模塊采用嵌入式操作系統，包括數據采集模塊、通訊處理模塊、服務端數據處理模塊和客戶端數據輸出模塊。
[0015]本發明為解決上述技術問題還提供了一種電子式互感器性能實時監測方法，該監測方法包括以下步驟:
[0016]I)同步采集變電站內常規互感器和電子式互感器的保護、測量、計量電壓電流量以及電子式互感器的自身的狀態信息；
[0017]2)根據設定的時間間隔比對常規互感器和電子式互感器相同相別采樣數據的幅值差和相位差，判斷二者的幅值和相位差是否在設定的允許范圍內；
[0018]3)若有幅值差或相位差超過設定的范圍，則對幅值差或相位差進行計算并發出告警信息，同時記錄下此時電子式互感器自身的狀態信息。
[0019]所述步驟2)中設定的時間間隔的最小值不小于20ms。
[0020]所述步驟2)在對采樣數據進行比對之前還需對采集到數據采用快速傅里葉變換算法、加二階漢寧卷積窗校正方法以及拉格朗日插值計算方法進行處理，以得到掛網電子式互感器和正常運行常規互感器輸出的保護、測量、計量通道數據的精確幅值和精確相位。
[0021]本發明的有益效果是:本發明首先同步采集變電站內常規互感器和電子式互感器的保護、測量、計量電壓電流量以及電子式互感器的自身的狀態信息；然后根據設定的時間間隔比對常規互感器和電子式互感器相同相別采樣數據的幅值差和相位差，判斷二者的幅值和相位差是否在設定的允許范圍內，若有幅值差或相位差超過設定的范圍，則對幅值差或相位差進行計算并發出告警信息，同時記錄下此時電子式互感器自身的狀態信息，從而實現對電子式互感器的實時監測。本發明簡單、易實施，能夠實時監測電子式互感器，為考核電子式互感器現場運行的可靠性和長期穩定性提供了豐富的數據支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明電子式互感器性能實時監測系統的結構框圖；
[0023]圖2是本發明電子式互感器性能實時監測系統的硬件邏輯框圖；
[0024]圖3是本發明電子式互感器性能實時監測系統的軟件邏輯框圖；
[0025]圖4是本發明實施例中電子式互感器性能實時監測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0027]本發明的一種電子式互感器性能實時監測系統的實施例
[0028]如圖1所示，本發明的電子式互感器性能實時監測系統包括模擬量采集合并單元、數字量采集合并單元、時間同步裝置和實時監測裝置，時間同步裝置通過光纖分別與實時監測裝置、數字量采集合并單元和模擬量采集合并單元連接，模擬量采集合并單元和數字量采集合并單元的輸出端通過光纖連接至實時監測裝置的輸入端。
[0029]模擬量采集合并單元的輸入端通過電纜連接至變電站內實時運行的常規互感器的繞組，采集常規互感器的保護、測量和計量電壓電流量，并轉換為符合IEC61850-9-2LE標準的數字量輸出至實時監測裝置，數字量采集合并單元輸入端通過光纜連接至變電站內掛網運行的電子式互感器，采集電子式互感器的保護、測量、計量電壓電流量和互感器自身的狀態信息(如溫度、振動、光口功率等)，并輸出符合IEC61850-9-2LE標準的數字量輸出至實時監測裝置。時間同步裝置用于為實時監測裝置、數字量采集合并單元和模擬量采集合并單元發送光B碼標準同步信號，以保證2套合并單元采樣數據同步和實時監測裝置的時鐘統一。
[0030]實時檢測裝置通過光纖點對點連接上述兩太合并單元，接收上述2臺合并單元傳輸來的IEC 61850-9-2LE采樣值報文數據和GOOSE報文，數據采集模塊通過內部高速總線把采集到的數據傳輸給服務端數據處理模塊，服務端數據處理模塊中的數據合成對比軟件功能采用快速傅里葉變換算法、加二階漢寧卷積窗校正方法以及拉格朗日插值計算方法，得到掛網電子式互感器和正常運行常規互感器輸出的保護、測量、計量通道數據的精確幅值和精確相位，并根據設定的對比時間間隔如20ms (可整定)對2路互感器的相同相別幅值相位進行對比，如果幅值或相位誤差在定值允許范圍內，實時監測裝置通過數據存儲軟件模塊對數據進行連續記錄存儲；如果誤差超過定值，軟件對幅值差或相位差進行計算并發出告警信息，計算結果和告警信息本地存儲，同時軟件記錄下電子式互感器自身狀態信息(如溫度、振動、光口功率等)并存儲。存儲信息采用C0MTRADE標準格式，具有通用性，可用不同的分析工具解析。
[0031]實時監測裝置硬件基于高速數據總線，包括千兆光纖采集卡、高性能嵌入式CPU板卡和大容量存儲設備，并可外接打印機、液晶顯示器、鍵盤、鼠標等設備，裝置的硬件架構如圖2所示。實時監測裝置軟件采用嵌入式操作系統，軟件模塊由數據采集模塊、通訊處理模塊、服務端數據處理模塊和客戶端數據輸出模塊，其軟件架構如圖3所示。實時監測裝置客戶端數據輸出模塊具有顯示、管理、分析功能，運維人員可離線或在線分析監測裝置存儲的掛網電子式互感器和運行中常規互感器輸出各參量的幅值、相位、數據波形、幅值差、相位差、告警等信息，可自動生成監測報告。實時監測裝置通信服務模塊與監控主站進行信息交互，存儲信息可以通過通信服務模塊上傳至遠方監控主站，通信規約既支持IEC61850間隔層通信規約也兼容標準103規約。
[0032]運維人員通過該套系統可以定期在變電站內或遠方監控主站對變電站現場掛網運行電子式互感器的監測比對信息進行提取和分析，評估由于環境溫度，互感器附近振動以及互感器內部自身狀態變化信息等對互感器安全運行產生的影響，為考核電子式互感器現場運行的可靠性和長期穩定性提供了豐富的數據支撐。
[0033]本發明的一種電子式互感器性能實時監測方法的實施例
[0034]本發明的電子式互感器性能實時監測方法通過比較變電站內掛網電子式互感器和正常運行常規互感器輸出的保護、測量、計量通道數據的精確幅值和精確相位來實現對電子式互感器的監測。下面以變電站I個間隔為例來說明本發明電子式互感器性能實時監測方法的具體實現過程，其流程如圖4所示，具體實施過程如下。
[0035]1.采集常規互感器的保護、測量、計量電壓電流量，同步采集電子式互感器的保護、測量、計量電壓電流量和互感器自身的狀態信息(如溫度、振動、光口功率等)。其中常規互感器的采集可使用模擬量采集合并單元，將模擬量采集合并單元的輸入端通過電纜連接至變電站內實時運行的常規互感器的繞組，從而實現對常規互感器數據的采集；電子式互感器的采集可采用數字量采集合并單元，將數字量采集合并單元的輸入端通過光纜連接至變電站內掛網運行的電子式互感器。
[0036]2.對采集得到常規互感器和電子式互感器的數據進行處理，以得到掛網電子式互感器和正常運行常規互感器輸出的保護、測量、計量通道數據的精確幅值和精確相位；然后根據設定的對比時間間隔如2oms (可整定)對上述兩路互感器的相同相別幅值和相位進行對比，如果幅值和相位誤差在定值允許范圍內，則對數據進行連續記錄存儲，否則，如果存在誤差超過定值，對幅值差或相位差進行計算并發出告警信息，對計算結果和告警信息進行本地存儲，同時記錄電子式互感器自身狀態信息(如溫度、振動、光口功率等)。
[0037]本實施例采用實時監測裝置對采集到的常規互感器和電子式互感器的數據進行處理和對比分析，實時監測裝置硬件基于高速數據總線，包括千兆光纖采集卡、高性能嵌入式CPU板卡和大容量存儲設備，并可外接打印機、液晶顯示器、鍵盤、鼠標等設備，裝置的硬件架構如圖2所示。實時監測裝置軟件采用嵌入式操作系統，軟件模塊由數據采集模塊、通訊處理模塊、服務端數據處理模塊和客戶端數據輸出模塊，其軟件架構如圖3所示。實時監測裝置中的數據采集模塊通過光纖以太網接口，接收2臺合并單元傳輸來的IEC61850-9-2LE采樣值報文數據和GOOSE報文，數據采集模塊通過內部高速總線把采集到的數據傳輸給服務端數據處理模塊，服務端數據處理模塊中的數據合成對比軟件功能采用快速傅里葉變換算法、加二階漢寧卷積窗校正方法以及拉格朗日插值計算方法，得到掛網電子式互感器和正常運行常規互感器輸出的保護、測量、計量通道數據的精確幅值和精確相位，比對常規互感器和電子式互感器相同相別采樣數據的幅值差和相位差，最小時間間隔不小于20ms，比對過程中采樣數據的幅值差和相位差超過設定的定值時實時監測裝置會產生告警信息，并記錄下告警時刻的幅值差和相位差以及電子式互感器自身的狀態信息，監測信息和比對分析結果可本地存儲展示并上傳至監控主站。
[0038]上面結合附圖對本發明專利的實施進行了描述，但是本發明專利并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明專利的啟示下，在不脫離本發明專利宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明專利的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種電子式互感器性能實時監測系統，其特征在于，該實時監測系統包括數字量采集合并單元、模擬量采集合并單元、時間同步裝置和實時監測裝置， 所述數字量采集合并單元用于采集變電站內運行的電子式互感器的保護、測量、計量電壓電流量和互感器自身的狀態信息，并將其輸出給實時監測裝置； 所述模擬量采集合并單元用于采集變電站內運行的常規互感器的保護、測量、計量電壓電流量，并將其輸出至實時監測裝置； 所述時間同步裝置用于同時發送3路同步信號分別至數字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監測裝置，以保證數字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監測裝置的時鐘統一； 所述實時監測裝置用于根據設定的時間間隔對比常規互感器和電子式互感器相同相別采樣數據的幅值差和相位差，若存在采樣數據的幅值差或相位差超過設定值，則進行告目O
2.根據權利要求1所述的電子式互感器性能實時監測系統，其特征在于，所述實時監測裝置通過光纖點對點連接數字量采集合并單元和模擬量采集合并單元。
3.根據權利要求1所述的電子式互感器性能實時監測系統，其特征在于，所述時間同步裝置分別通過光纖連接至數字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監測裝置。
4.根據權利要求1所述的電子式互感器性能實時監測系統，其特征在于，所述實時監測裝置的硬件基于高速數據總線，包括光纖采集卡、嵌入式CPU板卡和存儲設備。
5.根據權利要求4所述的電子式互感器性能實時監測系統，其特征在于，所述實時監測裝置的軟件模塊采用嵌入式操作系統，包括數據采集模塊、通訊處理模塊、服務端數據處理模塊和客戶端數據輸出模塊。
6.一種電子式互感器性能實時監測方法，其特征在于，該監測方法包括以下步驟: 1)同步采集變電站內常規互感器和電子式互感器的保護、測量、計量電壓電流量以及電子式互感器的自身的狀態信息； 2)根據設定的時間間隔比對常規互感器和電子式互感器相同相別采樣數據的幅值差和相位差，判斷二者的幅值和相位差是否在設定的允許范圍內； 3)若有幅值差或相位差超過設定的范圍，則對幅值差或相位差進行計算并發出告警信息，同時記錄下此時電子式互感器自身的狀態信息。
7.根據權利要求6所述的電子式互感器性能實時監測方法，其特征在于，所述步驟2)中設定的時間間隔的最小值不小于20ms。
8.根據權利要求7所述的電子式互感器性能實時監測方法，其特征在于，所述步驟2)在對采樣數據進行比對之前還需對采集到數據采用快速傅里葉變換算法、加二階漢寧卷積窗校正方法以及拉格朗日插值計算方法進行處理，以得到掛網電子式互感器和正常運行常規互感器輸出的保護、測量、計量通道數據的精確幅值和精確相位。
【文檔編號】G01R35/02GK104316891SQ201410515408
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】席亞克, 易永輝, 劉桂蓮, 梁經宛, 牛強, 劉永欣, 陶永健, 姜帥 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術有限公司
專業數控銑床產品供應商
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